智能输液警示装置的创新设计*

补珍林，金 灵，胡 茜

（上海健康医学院，上海201318）

静脉输液是临床上常用的一种给药方式，在传统的输液过程中，患者需要经常关注输液袋中的药量，以免发生静脉血液回流等状况，危及患者的生命安全[1]。本研究的设计初衷是发明一种适用于每位患者的智能输液警示装置，此装置有发声、震动等报警提示，能够提醒患者及时呼叫护士。目前，我国的医院不论是门诊输液大厅还是病房，大多是依靠按铃呼叫系统来处理换液等输液流程，而对于小规模的乡村医院或社区医院，由于条件限制，往往都是依靠人工监控。患者输液时，患者或陪护人员往往需要一直时刻关注着输液袋，尤其是老年和儿童患者，给他们带来了很多的精神负担。而我国人口众多，医护人员数量少，一名护士要负责多个病床及诊室，工作强度大，必须有高度注意力和责任心，一旦发生突发事件，可能会造成医患矛盾。本设计可以减轻人工负担，及时预警、报警。患者可以安心休息，家属也可以降低焦虑情绪，同时可以提高医护人员的服务质量。

1 项目背景

1.1 项目科学意义

智能输液警示装置设计属于实用性创新项目，将成为医疗设施发展的趋势。随着科技发展，医疗技术提高，人们越来越看重医疗服务。将科学技术与医疗服务相结合，满足人们对医疗服务便捷化、智能化的需求，比如多功能护理床、心脏监护设备等智能产品的临床应用已经相当广泛，而智能血压监护、健康APP等这类智能产品，已经从临床延伸到随身、随时、随地，方便快捷，能够做到日常实时监护。智能输液警示装置也是一类科技创新的医疗产品。用科技来代替人工，实现科技改变生活。

1.2 应用价值

1.2.1 经济价值

中国是人口大国，人口老龄化现象也趋于严重，医疗需求也越来越高，而静脉输液不论是市级医院还是社区医院，无论是门诊大厅还是病房，许多患者都需要进行输液治疗，这样智能输液警示装置就有了开阔的市场，广泛的需求，经济价值良好可期。

1.2.2 社会价值

智能输液警示装置最大限度地利用有限的资源满足人们日益增长的医疗需求。一方面，它更方便快捷，使患者和家属安心休息，更有利于患者恢复健康。另一方面，它能够让人们体会到科技对日常生活质量的改善，让人们重视科技，了解到科技并不是遥不可及的。在传染病高发时期，智能输液警示装置还能减少医护人员与患者的接触，能在保护医护人员的同时，远程观察患者输液情况，真正做到高效、高精准、高安全。

1.2.3 前景价值

在大数据快速崛起的时代，可以将智能输液警示装置与大数据相结合，当智能输液警示装置发出警报，装置自动采集信息并在显示器上显示哪位患者的输液即将结束。或者进一步利用科技手段在显示屏上显示每位患者所剩的输液量，再结合震动、呼叫等功能警报器，让医院能够接收更多需要输液的患者，也不需要更多的医护人员。同时，可以与手机APP关联，让远程的家属也能随时随地看到输液药量，多一份关心，更让家人放心。

1.3 类似创新分析

西安科技大学有五位同学设计了智能输液器系统监控设备。此项目组的设计利用光电设备检测输液管中的药液是否有剩余、以判断瓶内药量并准确发送信息；为保持药液恒温，采用体积小，热效率高的半导体加热制冷片；温度传感器构成的负反馈调节机制，使药液维持在最适宜的温度。输液完毕时，输液器自动阻断输液管，同时发送当前状态并语音播报，从而实现主机对每个患者的信息进行实时监控并处理突发事件，达到真正的无人监护和可控调节。

1.3.1 具体分析

（1）西安科技大学学生发明的只是输液语音警示器，没有震动功能，所以在一定程度上还是存在局限性。并且他们的设计极大地占用了空间位置，只是设计出了一个警报装置，并没有详细写出要放在哪里这一重要问题，况且此设计装置体积大，操作复杂且设备耗材昂贵，可实用性不高。

（2）此设计涉及到了半导体制冷技术，半导体制冷的过程中会涉及到很多的参数，参数的条件是复杂多变的。任何一个参数对冷却效果都会产生影响。实验室研究中，由于难以满足规定的要求，就需要对实验室环境进行研究，但是一些可变影响因素的探讨是存在难度的。半导体制冷技术是基于粒子效应的制冷技术，具有可逆性。所以，在制冷技术的应用过程中，冷热端就会产生很大的温差，必然会对制冷效果产生影响，很有可能会对装置设计造成极大的障碍。

1.3.2 本设计优点

（1）本项目设计中含有震动功能，不仅适用于大众，同时适用于特殊人群，会给特殊人群及其家属带来极大的便捷。而且我们的设计局限性小，价格适中，有非常大的市场推广性，易受群众喜爱。

（2）我们的项目设计中详细地写出了输液震动警报器放在流速调节器旁侧，不仅大大节省空间，而且节省了材料的使用。本设计是依靠液体体积发生震动警报现象，不用受半导体制冷技术参数的影响势必会让本项目实施起来容易操作，具有很强的实用性。

1.4 智能输液系统的研究现状

国内对智能输液系统的研究起步较晚，直到20世纪80年代后期，我国才开始智能输液监控设备产品的研发。智能输液系统在国外的开发与应用起步较早，技术已经比较成熟，临床输液监控基本能实行智能化，比如人们比较熟悉的美国百特公司的便携式输液泵和弹性输液泵等。虽然能与医院信息系统连接来组建网络，安全性能较高，但因其价格昂贵，我国主要引进其用于重症监护室的监护[2]。从长远来看，我国城市人口持续增加，人民健康问题不断暴露，大大增加了医院的压力，输液系统向着智能化、网络化、人性化、便捷化不断迈进[3]。

2 项目内容

2.1 设计想法

设计一个自带震动和报警功能的智能输液警示装置。报警功能是为大部分患者设计的，能及时提醒休息和聊天人群。考虑到听力或者视力非常弱的特殊患者，看不到警报器发光，听不到警报器发声，可以在警报器上加入震动器，产生震动，达到提醒作用。

2.2 设计思路

先测量好安全液体的最佳位置，在这个位置上固定流速调节器，然后在流速调节器上安装震动警报装置，该装置放在流速调节器滚轮下方，外形是一个红色的金属壳，里面装有弹珠，一旦液体高度低于流速调节器之后金属壳会发出报警声音，里面的弹珠会震动起警示作用。

2.3 设计原理

把输液袋液体体积和震动报警功能联系在一起，当液体体积等于正常体积范围的最小值时就会自动震动报警，当液体体积多于正常体积范围最小值时没有任何情况。

2.4 设计流程图

设计流程图如图1所示。

图1 设计流程图

2.5 研究内容

（1）设计相关电路图。

（2）准确测量液体安全范围并得出结论。

（3）确定红色金属壳的抗压性、材质、形状、大小（要抗压性好，材质轻盈，形状为圆形，直径比流速调节器旁侧直径小1-2mm之间）。

（4）确定弹珠的硬度、大小、震动感（硬度较强、大小比金属外壳直径小2-3mm之间、震动感较强并且不能震碎金属外壳）。

（5）设计一个能由于液体情况而让震动功能和报警功能共同工作的装置。

2.6 项目运用技术

（1）运用专业画图技术画出详细简要电路图。

（2）运用液体体积安全实验技术再查阅大量书籍得出输液安全范围。

（3）运用材料试验技术和测量技术确定红色金属壳的抗压性、材质、形状、大小。

（4）运用材料实验技术和震感技术确定弹珠的硬度、大小、震动感。

（5）运用设计技术和相关物理知识设计出一款能由于液体情况而让震动功能和报警功能共同工作的装置。

2.7 项目实施方案

（1）与专业老师和医疗器械学院的同学共同探讨设计该装置的使用材料及电子电路图。

（2）查找相关资料，进行科学实验得出关于安全输液范围的数据。

（3）对目标患者进行市场问卷调查，从多个角度设计问题，对于普通患者和耳聋人群采用微信调查问卷，对于盲人采用你问他答的形式，得出相关数据并分析；对护士也可采用微信问卷调查的方式，从便捷度、满意度、实用性各个方面进行设问，得出相关数据并分析。

（4）待电子线路图与问卷分析后形成可行性项目书，寻找初创公司，进行下一步研发。

3 结束语

在北京协和医院试点病房，输液检测系统已经建设成经典案例。精准化的实时安全检测有效改善了医患关系，提高了住院病人的满意度，做到“把时间还给护士，把护士还给患者”[4]。我们设计的智能输液警示装置不仅用于病房的安全监护，还可以适用于工作繁忙的门诊输液大厅。震动装置能运用自身的优点及时提醒，避免输入空气和血液反流，减少对患者的伤害，在节省材料、降低设计成本的同时，又简化了所需技术做到精益求精。帮助了特殊人群输液时的困难，拓展了警报器的适用人群，填补了以往输液器的空白。

智能输液警示装置的前瞻性应用非常广泛，有文献表明，智能输液系统可以应用于便携式胰岛素泵等[2]。而目前医疗设施发展的趋势，智能输液警示装置更易于操作和设计实现，对滴速的监测要求精确度也比较高，保证了输液过程安全有效。医疗事业的发展是离不开科学技术的，把科技应用到医疗事业中来，可以说是对医疗事业的一大促进与补充。